有線網(wǎng)絡(luò)與微功率無(wú)線雙模通信方式的應(yīng)用研究

王雷　趙俊紅　王軼

摘 要：隨著智能電網(wǎng)概念的提出和至今逐漸步入全覆蓋的低壓集抄系統(tǒng)的建設(shè)，電網(wǎng)改造和建設(shè)的目標(biāo)始終一致：將配電網(wǎng)末端的每一個(gè)需要監(jiān)視、控制、管理的運(yùn)行維護(hù)環(huán)節(jié)數(shù)字化、智能化，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)化的信息通信平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互和整合，使配電網(wǎng)的運(yùn)行管理由“靜態(tài)”模式轉(zhuǎn)變成“動(dòng)態(tài)”模式，并具備康復(fù)自愈和優(yōu)化、用戶參與、靈活的供用電方選擇等特征，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的安全、高效、可靠和彈性的運(yùn)行管理。要實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，不斷尋求新型先進(jìn)的通訊方式仍然是重中之重。

關(guān)鍵詞：智能電能表；信息采集；通訊方案；微功率無(wú)線

1 目前電力集抄系統(tǒng)的建設(shè)概況

昆明供電局于2009年底開(kāi)始低壓電力集抄系統(tǒng)建設(shè)，在系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程中，特別注重低壓電力集抄系統(tǒng)的通訊方式，不斷尋求新型先進(jìn)的通信方式，努力實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)提出的總體目標(biāo)。至今為止，一共使用了以下幾種通信方式：電力線窄帶載波、電力線窄帶載波+RS485、電力線寬帶載波、微功率無(wú)線、有線網(wǎng)絡(luò)+RS485。

自從2015年推廣使用有線網(wǎng)絡(luò)集抄方案后，每個(gè)有線網(wǎng)絡(luò)集抄方案臺(tái)區(qū)的抄表率達(dá)到99.99%。有線網(wǎng)絡(luò)通信速率高，穩(wěn)定性強(qiáng)，為以后實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的預(yù)付費(fèi)、實(shí)時(shí)大數(shù)據(jù)采集及分析等功能，提供可靠的采集通信通道。但在推廣的過(guò)程中，也遇到一些難題，如小區(qū)里面的散表抄讀難題。每個(gè)一個(gè)小區(qū)都存在分布零散的單表或者商鋪電表。如果使用有線網(wǎng)絡(luò)方案抄讀，必須每只電能表需要牽引一條網(wǎng)線，分配一個(gè)固定IP，安裝一個(gè)有線網(wǎng)絡(luò)采集器進(jìn)行單獨(dú)抄讀，施工難度大，投入成本大，經(jīng)濟(jì)效益低。

針對(duì)小區(qū)的零散表的抄讀，昆明供電局與集抄廠家反復(fù)研究和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試實(shí)踐，最終推行一種多通信結(jié)合的通信方式：有線網(wǎng)絡(luò)+RS485+微功率無(wú)線結(jié)合的雙模方案。對(duì)原本的有線網(wǎng)絡(luò)通信方式進(jìn)行有效的補(bǔ)充，同時(shí)保留了整套通信方式的高速率和穩(wěn)定性強(qiáng)的特點(diǎn)。

2 智能電表本地通信的主要方式

2.1 光纖通信

光纖通信也稱為有線網(wǎng)絡(luò)通信，包括標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)（10Mbit/s）、快速以太網(wǎng)（100Mbit/s）和10G（10Gbit/s）以太網(wǎng)。有線網(wǎng)絡(luò)通信具有穩(wěn)定、高速等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)大量快速抄讀，實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程控制，可靠性高，但需要重新布置網(wǎng)線，施工復(fù)雜。

2.2 微功率無(wú)線

微功率無(wú)線通信使用475Mhz頻率，屬于民用計(jì)量的免費(fèi)頻段范圍內(nèi)。無(wú)需申請(qǐng)，無(wú)需產(chǎn)生通信費(fèi)用。采用自組網(wǎng)方式，先進(jìn)的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都擁有多條備用路徑，且網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)自維護(hù)、自修復(fù)，更好地適應(yīng)各種復(fù)雜、多變的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，通信速率高達(dá)19200bps。但受障礙物的影響，信號(hào)衰減較大。對(duì)于小范圍，短距離的自組網(wǎng)通信，具有通信穩(wěn)定，傳輸速率高的優(yōu)點(diǎn)。

2.3 RS485總線技術(shù)

RS485總線技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸較為成熟、可靠，由于芯片帶載能力和有線連接方式，傳輸距離收到限制。RS485最大的通信距離約為1219m，最大傳輸速率為10Mbps，傳輸速率與傳輸距離成反比，在100Kbps的傳輸速率下，才可以達(dá)到最大的通信距離，如果需傳輸更長(zhǎng)的距離，需要加485中繼器。

2.4 電力線載波技術(shù)

目前國(guó)內(nèi)普遍使用低壓窄帶載波通信技術(shù)，是指載波信號(hào)頻率范圍≤500kHz的低壓電力線載波通信，數(shù)據(jù)傳輸速率較低。采用這種通信方式時(shí)無(wú)需另外鋪設(shè)通信線路，安裝方便，適應(yīng)性好，可以方便地將電力通信網(wǎng)絡(luò)延伸到低壓用戶側(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶電表的數(shù)據(jù)采集和控制。因?yàn)殡娏€信道具有信號(hào)衰減大、噪聲源多且干擾強(qiáng)、受負(fù)載特性影響大特性，從而降低了低壓窄帶載波通信的可靠性，使其推廣應(yīng)用遭遇一些技術(shù)障礙，需要在應(yīng)用時(shí)采用軟、硬件技術(shù)結(jié)合完成組網(wǎng)優(yōu)化。因此低壓窄帶載波通信方式適用于電能表安裝位置分散、布線困難、用電負(fù)載特性變化較小的臺(tái)區(qū)。

3 雙模通信方案介紹

雙模通信方式是昆明供電局正在試驗(yàn)的一種新型通信方式，結(jié)合了多種通信方式的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也互補(bǔ)解決了單種通信方式的局限性。

有線網(wǎng)絡(luò)集抄補(bǔ)充方案——微功率無(wú)線方案是針對(duì)小區(qū)的分布零散電表抄讀而推行的一種方案。集中分布的電能表仍然采用有線網(wǎng)絡(luò)+RS485總線的抄讀方式進(jìn)行抄讀。零散分布的電能表采用有線網(wǎng)絡(luò)+微功率無(wú)線+RS485的抄讀方式進(jìn)抄讀。

雙模通信方式將多種通信方式結(jié)合在一起，解決了光纖通信時(shí)零散用戶表的抄讀問(wèn)題，由于零散用戶表具有少量，小范圍，短距離的分布特點(diǎn)，所以雙模通信方式也保持了原有的穩(wěn)定，高速的優(yōu)點(diǎn)，具有實(shí)時(shí)強(qiáng)，通信可靠等特點(diǎn)。

4 雙模通信方案與其他通信方案的對(duì)比（見(jiàn)表1）

5 試點(diǎn)建設(shè)

研究試點(diǎn)應(yīng)用于東方玫瑰園小區(qū)，在22棟1單元原有的有線網(wǎng)絡(luò)采集器RS485端口連接1只微功率無(wú)線路由器，與原有的12只RS485表同一總線；22棟一單元門(mén)口的裝有3只單相電能表的表箱采用1只微功率無(wú)線二型采集器全部抄讀；剩余的43塊分散的商鋪電能表采用微功率無(wú)線單相通信模塊直接插入電能表進(jìn)行抄讀。

微功率無(wú)線路由器對(duì)下聯(lián)的46塊分散商鋪電能表進(jìn)行無(wú)線智能組網(wǎng)，然后通過(guò)微功率無(wú)線通信方式進(jìn)行抄讀，然后通過(guò)RS485總線與有線網(wǎng)絡(luò)采集器進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)微功率無(wú)線補(bǔ)充方案的抄表動(dòng)作。

通過(guò)原有的有線網(wǎng)絡(luò)采集器上行通道，無(wú)需新增有線網(wǎng)絡(luò)通道及有線網(wǎng)絡(luò)采集器設(shè)備。利用微功率無(wú)線智能組網(wǎng)，無(wú)線傳輸速度最大達(dá)到128Kbps，可以匹配有線網(wǎng)絡(luò)傳輸速度，抄表穩(wěn)定、快速。試點(diǎn)建設(shè)之后，抄表率一直保持100%。

6 結(jié)束語(yǔ)

要完成智能電網(wǎng)的總體目標(biāo)，必須繼續(xù)尋求更加先進(jìn)的通訊方式，同時(shí)也需要根據(jù)用戶不同的分布地理環(huán)境，而選擇合適的通訊方式。有線網(wǎng)絡(luò)+微功率無(wú)線通信方式作為有線網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)充方案，解決了分散用戶的抄表難題，保持了通信方式的高速率和穩(wěn)定性強(qiáng)的特點(diǎn)，適于推廣使用。